Исследование электроразрядных эксимерных лазеров
I0=
=C(0) 
(38)
величина обострительной емкости при малых напряжениях С(0) нам известна.
1.4.2. Измерение концентрации электронов предыонизации и напряжения на лазерных электродах
Одним из важнейших элементов, определяющих работу электроразрядного эксимерного лазера является система предыонизации. Она влияет на устойчивость и однородность разряда, длительность объемной стадии, энергию и стабильность генерации [49,54]. Предыонизация создает некоторое начальное количество электронов и при их минимальной концентрации ~ 108 см-3 разряд имеет объемный характер вследствие перекрытия отдельных электронных лавин. Следовательно при оптимизации эксимерного лазера необходимо в первую очередь измерять начальную концентрацию электронов, создаваемых системой предыонизации. Нами была разработана и экспериментально проверена методика измерения сопротивления основного лазерного промежутка, позволяющая определить зависимость этого сопротивления от времени [55]. Cхема измерительной цепи представлена на рис.25. Рассмотрим это более подробно. Для широкопертурного электроразрядного эксимерного лазера [50-51] при концентрации электронов предыонизации ~ 108 см-3 величина сопротивления разрядного промежутка R ~ 3 МОм (Е/P~1кВ/см∙атм и типичная рабочая смесь). Тогда, если величина обострительной емкости С2 ~ 10 нФ, то время разряда составит RC ~ 0,03 с. Поэтому непосредственное измерение напряжения на лазерных электродах не дает возможности определить сопротивление R. Поставим между обострительной емкостью С2 и лазерным электродом сопротивление R1 ~ 300 кОм. Определим чему будет равно напряжение на сопротивлении R1 при изменении сопротивления R в пределах от бесконечности до 3 Мом в зависимости от времени под действием импульса предыонизации. Для этого запишем систему уравнений для нашей измерительной цепи
(39)
U - напряжение на лазерных электродах; U2 - напряжение на обострителе C2; Cе - емкость лазерных электродов (Се ~ 4 пФ). Если обозначить начальное напряжение на обострителе через U0, то можно показать, что система уравнений (2) имеет следующее приближенное решение
(40)
где U1(t) - напряжение на сопротивлении R1. Таким образом измеряя напряжение на сопротивлении R1 можно определить зависимость сопротивления межэлектродного промежутка от времени.
(41)
При этом напряжение на электродах лазера таково, что не происходит размножение начальных электронов. По величине сопротивления, при известном составе смеси и напряженности электрического поля, можно определить электронную концентрацию и время ее выхода на требуемый минимальный уровень. Это время позволяет определить временные характеристики, которым должна удовлетворять система возбуждения.
Система возбуждения лазера обеспечивает необходимый энерговклад в разряд, величину которого можно определить по току и напряжению. Поэтому нами была разработана методика по измерению тока и напряжения на лазерных электродах.
Эти измерения проводились при помощи резистивного делителя напряжения. Отметим, что в литературе по технике измерения импульсов высокого напряжения акцент ставится в основном на частотные свойства делителей. Основная погрешность при измерениях в эксимерных лазерах обусловлена взаимоиндукцией между контурами возбуждения и измерения.
Возможность использования для измерения напряжения на электродах делителя, который непосредственно к ним присоединяется была нами изучена. Как известно [56], делитель напряжения имеет переходную характеристику определяемую из следующего уравнения:
(42)
где U(t)-напряжение снимаемое с делителя; K-коэффициент деления; M-коэффициент взаимоиндукции между контуром разряда обострительной емкости С и измерительной цепью; I-ток через межэлектродный промежуток; R-сопротивление межэлектродного промежутка. Постоянная времени делителя равна: D=М/R. Рассмотрим для определенности широкоапертурный лазер [50].Сопротивление лазера R~0.1 Ом; M ~10 нГн (по порядку М совпадает с L-индуктивностью контура разряда обострительной емкости С=75 нФ на межэлектродный промежуток). Тогда D~100 нс, что сравнимо с периодом разряда емкости С: T~2p
~150 нс. Поэтому непосредственно использовать делитель не представляется возможным, так как М определяется размерами трубы лазерной камеры, на которой внутри размещены электроды и уменьшен быть не может. Здесь мы столкнулись с одной закономерностью связанной с тем, что лазер широкоапертурный. Для увеличения апертуры лазера мы увеличиваем радиус трубы R, тогда апертура лазера растет как R 2, при этом M и L увеличиваются тоже как R 2. Но при этом для делителя D~M~R2, a для периода разрядного контура T~
~
~R. Таким образом увеличение апертуры лазера путем увеличения радиуса трубы излучателя приводит к тому, что происходит рост постоянной делителя по отношению к характерному времени разрядного контура (Т2). Если делитель напряжения был применим для измерения напряжения на электродах при малых радиусах трубы излучателя, то при увеличении радиуса он дает все большие ошибки. И наконец его применение становится просто невозможным.
Этот факт заставил изучить возможность модификации способа измерения с помощью делителя. К лазерным электродам присоединялись два делителя напряжения с разными М - коэффициентами взаимной индукции. С этих делителей снимался разностный сигнал и он интегрировался.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19